Swift雨燕蜂窝无线通信系统介绍

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1. 概述

物联网小无线通信技术众多，其中大多是小范围小规模的无线通信技术，而行业难点是如何做到广覆盖、大容量、低功耗。

针对以上难点，宏讯物联研发了Swift雨燕蜂窝无线通信技术，是运营商移动通信网络的小型化。通过将大型的运营商基站小型化为微基站，用户可以在现场部署大量微基站，从而拥有属于用户的私有“运营商网络”。这套网络有大容量、高实时性、广覆盖、低功耗等特点，可以接入用户的海量节点。

2. 信道复用技术介绍

在信道设计上，我们采用时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）混合架构，如下图所示。

系统整个大周期为64秒，小周期为1秒。

小周期可容纳800个时隙，大周期可容纳51199个时隙。每个通信节点可在单个时隙内工作，并可选择不同的通信周期。所以单频道的系统容量为800~51200个节点（不同通信周期可容纳节点数不一样）。

系统可分为28个独立频率的信道，其中有2个信道是公共信道，26个信道是业务信道。所以系统最大容量为26倍的单信道容量。所以整个系统容量为20800~1331200个节点（不同通信周期可容纳节点数不一样）。

3. 基站实施部署

每个基站可覆盖100-300米，即1-3公顷。通过部署多个基站，形成蜂窝网络，从而实现全面覆盖，提供一套通信网络。如下图所示。

在基站信道覆盖范围内，光伏组件可通过此基站将电压电流等信息上传通信。并且系统还带有基于RSSI的定位功能，可以定位组件的大概位置。

单个基站会包含2个公共信道，2个业务信道提供服务。根据终端的不同的通信周期，单个基站的接入容量为1600~102400个节点。

4. 系统通信架构

整体系统结构如下图所示：

终端就近选择基站入网，入网后即可上传信息。信息通过集中器中转，会转发给用户自己的服务器。

5. 低功耗

终端模块只需要在自己的时隙工作，绝大部分时间处于休眠状态，所以可以做到极低功耗。

终端模块的工作周期是1~64秒，周期为1秒时，休眠时间占比是99.875%。周期为64秒时，休眠时间占比是99.998%，所以终端模块能做到极高的续航时间。

6. 系统指标

• 10万个节点的系统容量
• 单个基站1600个节点/秒的并发通信
• 单个基站10万个节点的总通信容量

7. 产品列表

7.1. 简介

产品分为硬件产品和软件产品。

序号	产品	属性
1	通信模组	硬件
2	基站	硬件
3	集中器	软件

通信模组型号：SW-N01

基站型号：SW-S01

7.2. 通信模组 SW-N01

7.2.1. 概述

SW-N01模组采用了雨燕蜂窝通信协议，可以提供1Mbps的物理层速率，最大发射功率4dBm。模组支持串口指令和SDK二次开发两种使用方式。

7.2.2. 产品特性

• 支持雨燕蜂窝无线网络
• 支持低功耗
• 支持OTA升级
• 支持透传用户数据

7.2.3. 规格参数

7.2.3.1. 极限参数

超过以下参数范围时极有可能损坏模块。

参数	范围	单位
电源电压	-0.3~+3.9	V
I/O电压	-0.3~3.9V	V
射频接收最大功率	+10	dBm
工作温度范围	-40~+85	℃
存储温度范围	-40+125	℃

7.2.3.2. 静态参数

正常工作状态下模块电器参数（@25℃)

参数	标号	最小值	典型值	最大值	单位	备注
电源值	Vcc	1.8	3.3	3.6	V
接收电流	IRX	-	13	-	mA
发送电流	ITX	-	18	-	mA	发射功率+4dBm
休眠电流	ISleep	-	2	-	uA
输入逻辑1电平	VIH	0.7*Vcc	-	Vcc+0.3	V
输入逻辑0电平	VIL	-0.3	-	0.3*Vcc	V
输出逻辑1电平	VOH	Vcc-0.4	-		V
输出逻辑0电平	VOL		-	0.4	V

7.2.3.3. 射频参数

参数	最小值	典型值	最大值	单位
发送频率	2360	-	2500	MHz
最大发送功率	-	-	4	dBm
传输速率	-	1	-	Mbps
接收灵敏度	-	-96dBm@1Mbps	-	dBm

7.2.3.4. 其他参数

主要参数	描述	备注
通信距离	100米	晴朗空旷，天线增益5dBi，高度2.5米，速率1Mbps
外形尺寸	17.5*28.7mm

7.3. 基站 SW-S01

7.3.1. 概述

SW-S01是采用了雨燕蜂窝通信协议的微型基站，可以提供提供区域信号覆盖。

7.3.2. 产品特性

• 支持雨燕蜂窝无线网络，提供基站信号覆盖
• 支持POE供电
• 支持OTA升级
• 单基站最远覆盖半径300米
• 支持透传用户数据

7.3.3. 设备参数

7.3.3.1. 电气参数

参数	典型值
供电	POE供电48V
功耗	1W

7.3.3.2. 以太网通信参数

参数	典型值
网络接口	RJ45
通信速率	100Mbps

7.3.3.3. 射频通信参数

参数	典型值
工作频率	2.4GHz
通信速率	1Mbps
发送功率	+22dBm
通信距离	视距300米

7.3.3.4. 环境参数

参数	典型值
工作温度	-20℃ ~ +60℃
工作湿度	10% ~ 90% 相对湿度，无冷凝

8. 技术对比

8.1. 光伏组件场景技术对比

目前雨燕蜂窝技术已应用于光伏组件场景，这是此场景下各种通信技术对比。

技术方案			特点描述
有线	RS-485		需要额外增加通信电缆，电站布线困难，需要挖槽、埋管等，不适合组件级的数据通信，一般用于汇流箱、逆变器的通信。
	PLC电力线载波		不需要额外增加线缆，使用组件本身的电力线传输数据。 微逆产品使用交流电PLC进行通信，组件优化器产品使用直流电PLC进行通信。 通信系统和电力系统没有解耦，数据通信容易受到电力传输干扰。 PLC网络带宽有限，系统灵活性不足，不利于容量扩展。 PLC的调制解调芯片价格较为昂贵，增加了系统实现成本。
无线	WIFI		芯片价格较低，信号覆盖范围有限，不适合组网，无法实现大规模节点接入。
	LoRa		典型物联网协议，不能组网。为实现大规模节点接入，需增强无线信号收发能力，使用高品质通信模块及天线，或者加大网关部署容量，这都会增加系统实现成本。
	NB-IoT		典型物联网协议，芯片成本高，且属于运营商网络，需要耗费流量资费。
	Zigbee		实际的组网能力有限，现有应用中，网络容纳的节点数量一般不超过100个。为了优化性能，需要专业人士参与规划、人工配置网络结构。
	Skylark		针对大规模组网推出的无线自组网，容量大，扩展灵活、更少配置、部署简单。
	Swift		针对大规模组网推出的蜂窝无线传感器网络，容量大，实时性高，部署简单。

8.2. Swift与Skylark对比

Swift是基于TDMA和FDMA的蜂窝无线技术，Skylark是无线自组网技术。两个技术各有优势，具体对比如下：

技术	优势	劣势
Swift	实时性高，组件可做到最快1秒1次的上报周期 单基站容量没有限制，1秒1次的通信周期可容纳1600个节点，10秒可容纳16000个节点，以此类推 采用TDMA机制为每个节点分配时隙，通信稳定，丢包更少 单跳组网网络结构简单，出现通信问题时容易排查 节点对RAM和FLASH的需求更少，节点可采用更低成本的MCU	单跳组网，需要部署更多的基站
Skylark	多跳自组网，部署少量基站即可，部署更简单	大规模组网时，上报周期需要定为分钟级，比如3分钟 单基站可容纳最大400个节点 通信采用CSMA机制，节点之间竞争上报数据，存在大量丢包，需要重发才能保证可靠通信。丢包较多 自组网通信结构复杂，出现问题时需要资深运维工程师来调试 自组网协议栈复杂，需要较大的RAM和FLASH才能运行协议栈，MCU的价格较贵

9. 数据传输

9.1. 传输链路

传输链路如下图所示：

数据采集板采集到数据后，通过串口将数据发送给终端模块，终端模块通过蜂窝无线网络将数据发送给基站，基站汇总数据发送给核心网，核心网再发送给用户服务器。

对用户通信来说，传输链路可简化为：

数据采集板采集到数据后，通过蜂窝通信网络，实现了数据透传，数据发送给了用户服务器。

9.2. 数据内容

蜂窝通信并不限制用户所传数据的格式和内容，实现的是数据透传。